长12米的超大尺寸3D打印机
Local Motors公司是美国一家具有开放式创新的公司。全球第一辆3D打印电动汽车、3D打印智能巴士Olli，都是Local Motors公司研发的。
▲世界首辆采用3D打印技术打造的电动汽车“Strati”（左）
以及3D打印智能巴士Olli（右）
近日，Local Motors公司完成了世界上最大的复合材料3D打印机的安装工作，用于生产3D打印智能巴士Olli。作为一辆无人驾驶的智能汽车，在制造Olli的过程中将采用大量3D打印零部件。
▲亚利桑那州Local Motors公司外的一辆Olli巴士
这台用于生产Olli的大型打印机宽3米，长12米，是业界第一台具有内置CNC加工功能的大型3D打印机。该设备可以为航空航天，汽车，铸造和船舶等各种行业提供打印服务。
▲Local Motors的Thermwood 10'x40'LSAM
研发该大型3D打印机的公司，是有名的Thermwood公司，位于美国印第安纳州。在制造领域，Thermwood已经有了诸多产品，包括3轴和5轴加工设备，在航空航天、汽车、国防、复合材料等行业服务多年，有着很好的口碑。
▲Thermwood的加工设备
“wood”在英文中是“木头”的意思，为什么取这个名字呢？这家公司成立于1969年，最早是一家用于家具行业的木质部件的模具制造商，因此得名“Thermwood”。Thermwood公司在20世纪70年代中期，它开发了第一台商用数控机床控制系统，并用它来制造塑料零件。
▲Thermwood员工合影
如今Thermwood已经是一家全球领先的设备制造商，有着丰富的制造经验，从百老汇电影蝙蝠侠、侏罗纪公园3、星球大战的拍摄场景，到美国宇航局的火星飞行器、火星着陆器，都是使用Thermwood的设备制作的。基于过去成熟完善的制造经验，Thermwood将通过3D打印设备的研发，继续扩大自己的业务应用范围。
打印机是如何工作的？
这种制造大型尺寸物件的3D打印技术，被称为LSAM（Large Scale Additive Manufacturing），中文翻译为大型增材制造。
LSAM机器使用两个系统执行工作，一个用于打印，一个用于最终的精确CNC切削处理。生产过程中，部件首先通过类似于FDM技术将材料逐层挤出进行打印，然后使用CNC（数控机床）将其裁切成精确的最终尺寸和形状。
目前所使用的3D打印材料比例为80％ABS塑料和20％碳纤维。为了提高零件的刚性，公司计划在未来进一步提高热塑性碳纤维的比例。
▌3D打印喷头
这种打印机的打印头重量超过1.5吨，能够以每秒0.9米的速度移动，加热温度高达450℃。有三种不同的打印头，每小时的沉积速率可达150、300甚至500磅。
打印头的尺寸精度非常高，以千分之一英寸为单位，因此能够实现超高精度工业部件的打印。而对于普通的FDM设备来说很难达到这样高精度的打印。
▲打印头
普通的FDM设备常见问题，就是在打印过程中出现不均匀的材料输出量。而LSAM独有的专利技术，能够实现稳定、一致、精确的打印。
我们看到，大部分人对FDM技术的理解还处于比较初级的阶段，但是具有一定生产能力的工业级3D打印机已经很好的完成了商业转化。
▌数控加工
数控加工部分由5轴CNC加工来进行操作。与精确的打印头一样，数控加工也能确保最佳的位置精度。
Thermwood独有的专利技术，即使加工头遭受到了碰撞、撞击，也能够自动重新调整，对齐位置。
▲进行数控加工
LSAM可以同时进行3D打印和CNC加工，在一侧进行3D打印，在另一侧进行切削加工，从而提高制造效率。
▲同时进行3D打印和CNC加工
▌控制系统
LSAM使用了先进的控制系统。该系统与西门子温度控制模块集成，可设置、监控和控制七个加热区域中的每一个部分的温度。
▲在打印过程中，操作人员可以查看和修改机器参数，进行随时调整。控制系统不仅功能强大，而且操作简单直观。
▌切片软件
切片软件是3D打印重要的一部分。跟小型的FDM打印机相比，工业级的切片软件要求更为严格，开发难度更高。Thermwood开发的软件名为LSAM Print 3D，与LSAM大型3D打印机完美匹配，功能丰富，甚至能够实现在其它工业部件的内部进行打印。
▲Thermwood的LSAM Print 3D软件
应用案例
自2016年推出大型尺寸3D打印机，Thermwood已经在船舶、模具、汽车等领域有了很多丰富的应用案例。
▌直升机部件
利用LSAM大型打印机制造了世界上第一个聚砜材料（PSU）的模具，并用于生产波音Vertol双引擎直升机的油滴盘。
▲直升机部件
通过3D打印模具，节省了总材料成本的34％，并且工时减少了69％，包括从8天缩短到3天的制造时间。
▌3D打印简化船舶生产
Thermwood公司利用3D打印制作船体模具图案结构，用于船体玻璃纤维材料的模具制作。最终的船体图案结构重约3,000磅，打印大约需要30个小时，后续CNC数控加工需要50个小时。
▲打印中
打印完成的船体图案结构用于玻璃纤维的模具成型，然后再用于制造最终的船体。
▲将3D打印的部件进行拼装
▲拼装完成的船体图案结构
▲抛光后的船体图案结构
▲从船体图案结构中拉出玻璃纤维材料的模具（图片由Thermwood Corporation提供）
通过3D打印技术与传统模具工艺的结合，大大简化了船舶的制造流程。
在大型的部件制造领域，本来要花费巨额资金才能启动的新产品设计与研发、耗费几年时间才能推向市场的产品，现在通过3D打印技术，所花费的成本只是原来的零头，而时间也大大缩短。
美国汽车公司Local Motors引入Thermwood大型3D打印设备，未来是否会有更多应用、推出更多3D打印的车型，值得期待。
